无线电通信系统 【技术领域】
本发明涉及一种无线电通信系统，特别是在这种系统中使用的主站和次站以及操作这种系统的方法。虽然本说明书参照通用移动通信系统(UMTS)来描述系统，但应当理解这种技术也可等效地用于其他移动射频系统。
背景技术
在移动通信领域非常需要那种可以根据请求以合理的速率向移动站(MS)下载大量数据块的系统。这种数据可以是例如来自互联网的网页，可能包括视频节目片断或类似的数据。通常特定的MS仅是间歇性的这种数据，因此不需要固定带宽的专用链路。为了符合UMTS的这种需要，正在开发高速下行链路分组访问(HSDPA)方案，它可以实现以高达4Mbps的速率向移动站转移分组数据。
这种HSPDA方案设计中存在的特定问题在于用于通知MS存在需要其接收的数据分组并提供与该数据分组相关的信息的机构(通常包括所使用的特定传输方案的详情，例如扩展码、调制方案和编码方案)。在目前的建议中，该信息利用四个可用的下行链路控制信道中的一个进行信号传输，这四个可用下行链路控制信道利用其各自地扩展码来区分。指令该MS利用一个二位指示信号来对其中一个控制信道进行解码，该指示信号在低数据率专用下行链路信道中被发送(该信号是利用穿孔(puncturing)插入的)。该MS然后监视同一控制信道以等待短脉冲串形式的随后的分组。
该方案可以支持在相同的时间间隔中最多将四个分组发送到不同MS中。使用指示信号是为了降低MS的复杂度以及能耗，因为MS仅需要监视对应该指示信号的专用下行链路信道，而不需要连续地接收四个控制信道。但是，使用指示信号存在非常大的缺点。一个缺点在于专用下行链路信道需要额外的时隙(slot)格式(容纳额外的信号)，因此增加了复杂度。另一个缺点在于为了确保在小区(cell)的边缘也可以接收到信号，必须使指示信号所需的发射能量相对较高。
避免使用指示信号的一种方法是为每个MS分配四个控制信道中的一个，然后连续地监视该信道。但是，如果同一控制信道分配了超过一个MS的话，数据分组时序安排的灵活性就会受到限制。另一种解决方法是为每个MS提供一个控制信道，但是所需的较大数目的信道可能会使用过多的系统资源。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种改进的方案，它不需要指示信号或提供大量数目的控制信道。
根据本发明的第一方面，提供了一种无线电通信系统，该系统具有数据信道，用于从主站向次站传输数据分组；和多个控制信道，用于从主站向次站发送与该数据分组相关的控制信息，其中主站包括用于将多个控制信道中的一个分配给次站的装置和用于根据规定的顺序改变所分配的控制信道的装置，该次站包括用于监视当前所分配的控制信道以便确定关于数据分组传输的信息的装置。
通过改变控制信道分配，在不需要指示信号的同时，在最坏情况的条件下系统性能也会极大的提高，该指示信号会导致显著的额外复杂度。规定的顺序可以有规律的重复，例如每帧一次，并可以被用作公共下行链路信道的定时基准，该公共下行链路信道例如可以是UMTS中的同步信道。
当将控制信道分配给多个次站时，它们各自的规定顺序最好彼此全部不同(假设次站的数目并不是太大)，这些顺序中的某些(并不需要是全部)可以仅包括单个控制信道。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于无线电通信系统中的主站，该无线电通信系统具有数据信道，用于从主站向次站传输数据分组；和多个控制信道，用于从主站向次站发送与该数据分组相关的控制信息，其中提供了用于将多个控制信道中的一个分配给次站和用于根据规定的顺序改变所分配的控制信道的装置。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于无线电通信系统中的次站，该无线电通信系统具有数据信道，用于从主站向次站传输数据分组；和多个控制信道，用于从主站向次站发送与该数据分组相关的控制信息，其中提供了用于确定哪个控制信道被分配给了次站、用于根据规定的顺序改变所分配的控制信道的以及用于监视当前所分配的控制信道以便确定关于数据分组传输的信息的装置。
根据本发明的第四方面，提供了一种操作无线电通信系统的方法，该无线电通信系统具有数据信道，用于从主站向次站传输数据分组；和多个控制信道，用于从主站向次站发送与该数据分组相关的控制信息，该方法包括主站将多个控制信道中的一个分配给次站并根据规定的顺序改变所分配的控制信道，次站监视当前所分配的控制信道以便确定关于数据分组传输的信息。
【附图说明】
下面将参照附图利用例子来说明本发明的实施例，其中
图1示出无线电通信系统的方块示意图；和
图2示出对于不同控制信道方案的最坏情况系统的图表，在该图表示出以每秒几百万比特(Mbps)为单位的通过量T和以Mbps为单位的输入负载0之间的关系。
最佳实施例
参照图1，无线电通信系统包括主站(BS)100和多个次站(MS)10。该BS100包括微控制器(uC)102、与天线装置106连接的收发装置(Tx/Rx)104、用于改变所发射的功率水平的功率控制装置(PC)107、以及用于与PSTN或其他适当网络连接的连接装置108。每个MS110包括微控制器(uC)112、与天线装置116连接的收发装置(Tx/Rx)114、和用于改变所发射功率水平的功率控制装置(PC)。在下行链路信道122中发生从BS100到MS110的通信，同时在上行链路信道124中发生从MS110到BS100的通信。
上面概述的该UMTS HSDPA的一般特性为了清楚起见归纳如下：
● 在其小区(cell)中在BS100和各MS110之间存在(低数据率)专用的上行链路124和下行链路122信道。
● 特定的下行信道122用于数据分组的高速传输。将该信道划分为多个传输时间间隔(TTI)，每个TTI是数据分组传输所花费的时间。在UMTS中该TTI的持续时间为2ms，该时间周期也作为子帧(在子帧中存在三个时隙，因此在10ms的帧内存在15个时隙)。
● 提供高达四个下行链路控制信道，它们由其扩展码来区分，每个下行链路控制信道都涉及数据分组的传输参数。因此在每个TTI中可同时传输高达四个数据分组。
在同一TTI中可以调度四个数据分组给不同站110的要求可以在小区(cell)实现高系统通过量，其中在该小区(cell)中有些站110并不具有接收所有HSDPA下行链路资源的能力。例如，当有高达15个可用扩展码时，有些站110仅可以接收5个扩展码。
● 提供了一个机构，该机构用于指示被调度来接收数据分组的特定MS110和用于指示应当采用哪个控制信道以便确定怎样接收该数据分组。
如上所述，一个可能的机构是在专用下行信道122中传输指示信号，从而通知MS110传输数据分组。但是，该机构具有很多问题。
作为一个变化例，可以为每个MS110分配一个控制信道以便监视，从而避免对指示信号的需要。但是，如果向特定控制信道分配了超过一个MS110，则数据分组调度的灵活性就会受到限制。例如，考虑两个移动站110，每个都具有需要发送的数据但两个都被分配了相同的控制信道。通常希望可以同时向两个站110发送数据。但是，由于两个站公向一个控制信道，因此一次仅可以发送一个数据分组。假设实际上经常突发(bursty)数据分组传输，这种情况会持续几个TTI，该系统的通过量仅为最大值的50％。通过要求每个MS110监视两个控制信道可以实现更大的调度灵活性，但是这样会增加MS功率消耗。
在本发明的系统中，通过从一个TTI到下一TTI混洗(shuffling)控制信道的分配而解决上述问题。因此，如果两个110在一个TTI内共享一个控制信道，则它们应当在下一TTI中具有不同的控制信道。如果该方案应用于上述两个有效站110的例子，则该设计良好的混洗方案可以将“分配冲突”的可能性降低到1/Ncon，其中Ncon为控制信道的总数(上述例子中为四个)，则在Ncon＝4时通过量的最大损失为0.5/Ncon，或12.5％(与没有变换时为50％相比)。
下面将提出一些如何实现变换的例子，但是这些方案可能并不是最佳的。
首先考虑两个控制信道和四个站110的情况。对于10ms的帧内的每个TTI(0到4)，为每个站(0到3)分配控制信道如下： TTI 站 0 1 2 3 4 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 2 0 1 0 1 0 3 1 0 1 0 1
可以在下一帧内重复该方案或者形成更长的循环。
然后，考虑将上述方案扩展为两个控制信道和六个站110的情况： TTI 站 0 1 2 3 4 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 2 0 1 0 1 0 3 1 0 1 0 1 4 0 0 1 1 0 5 1 1 0 0 1
作为第三个例子，考虑具有四个控制信道和十二个站110的系统： TTI 站 0 1 2 3 4 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 4 0 1 2 3 0 5 1 2 3 0 1 6 2 3 0 1 2 7 3 0 1 2 3 8 0 3 2 1 0 9 1 0 3 2 1 10 2 1 0 3 2 11 3 2 1 0 3
对于每个MS110并不需要具有唯一混洗模式(shufflingpattern)。在该情况下，最好将站的编号作为混洗模式标识符，并按照升序为各图形分配站110。因此，对于数目较少的站110，它们中的全部(或大多数)应当具有恒定的控制信道分配。虽然方便，但是很明显本发明并没有要求任何混洗模式与恒定的控制信道分配相联系。
第三例子的混洗模式可以表示为：
nCCH＝[(a×nTTI)+b]modNCCH其中nCCH是将要使用的控制信道的编号(number)；NCCH为可用控制信道的总数目；nTTI为帧内的TTI的数目；a为一个取值为0，1或3的参数；b为取值为0，1，2或3的参数。
利用第三例子的混洗模式可以执行对最坏情况系统通过量的仿真。下面是对该仿真后系统的详细说明所作的主要假设：
● 六角形19小区(cell)布局，具有用于通过量估算的中心小区(cell)的代表性片段。
● 站110的数目(每个网络)＝12
● 静态TTI＝3时隙(2ms)
● 传播指数＝3.76
● 单独路径瑞利快速衰减模型(平坦谱)
● 在TTI期间信道条件稳定
● MS速度为3km/h
● 正常屏蔽的对数的标准偏差＝8dB
● 站点(sites)之间的屏蔽相关性＝0.5
● 30％的BS功率分配给所有小区(cell)中的公共信道
● 70％的BS功率分配给所有干涉小区(cell)中的HSDPA
● 70％的BS功率可用于有用小区(cell)中的HSDPA
● 不考虑由于与HSDOA相联系的专用信道而导致的开销
● 10个扩展码可用于HSDPA
● MS能力：5个扩展码
● 扩展因子＝16
● 可用调制和编码方案(MCS)：
1. QPSK 1/4速率
2. QPSK 1/2速率
3. QPSK 3/4速率
4. 16-QAM 1/2速率
5. 16-QAM 3/4速率
● 每个编码的传输功率相等
● 根据信噪比(SIR)和块码性能计算出的帧误差率有限
为了表示流服务，假设各MS110输入负载包括一个恒定比率数据流。为了简便起见，假设各数据流具有相等的位速率。假设各用户的数据按照队列到达BS100中，每个TTI都更新该队列。假设对每个数据分组都进行一次CRC(循环冗余检验)。
作为默认，假定再传输的跟踪组合(Chase combining)。以相同的MCS再次传输错误的数据分组。假定是最佳的最大比例组合，则计算最后的SIR作为将要组合的两个数据分组的SIR的和。
仿真的调度器是新颖的，并将使系统的流通量最大化。这是通过对能够发送最大数据分组的用户授予优先权而实现的。对于固定传输时间的情况，这等效于根据对每个用户所能提供的最大比特率而进行调度。能够发送的数据分组的大小主要由CIR(载波与干扰比)来确定。这样可确定通过任何给定的调制和编码方案而获得的成功传输的可能性。对于每个可能的方案，可以以Pslze＝Ncode×Pbits(1-BLER)来计算有效数据分组的大小，其中Ncode是能够使用的信道化代码的数目，Pbits是每个信道化代码传输的比特数目，BLER是对给定的传输方案估计的块错误率。Ncode主要是通过MS110能够同时接收的给定数目的信道化代码的能力来确定的，但可能会受到系统所分配的代码数目的限制。根据等待发送给该MS的队列中的数据量，还可能存在Ncode×Pbits的上限。
一种可行的方法是在每个TTI(子桢)对每个MS110计算Pbits的最大值。然后按照Pbits减少的顺序而排出顺序列表，然后从列表的前头开始对每个MS进行数据包的调度传输，并逐步向后进行，直到所有可用的下行链路源都已被分配。还可以进行其他的变化，其中可以调整分配给每个数据分组的功率以优化性能。
这种调度器的目的是使授权能够访问HSDPA的那些站110的总流通量最大化。
其他常规假设为：
·任何用户的数据分组都可以被分配给任何信道化代码。
·可以对一个用户分配多于一个的信道化代码。
·代码块的大小等于能够以一个信道化代码发送的数据量，这表示“数据分组”可包括在一个TTI内并行发送的多个代码块。
·在同一TTI内不允许对相同用户进行再次传输和首次传输。
·对首次传输选择调制，编码方案和功率级别以使流通量最大。
·在首次传输之前安排所有的再次传输，从而授予它们较高的优先权，在任何再次传输尚须发送的时候，不允许向MS110进行首次传输。
·再次传输的调制和编码方案与初次传输相同。
仿真结果如图2所示，以兆比特每秒(Mbps)为单位的系统通过量T和以Mbps为单位的提供输入负载0的曲线。图中示出了三个控制信道方案的结果。在第一个中，如实线所示，每个MS110被分配一个控制信道(在最坏的情况下所有的站110都被分配一个相同的控制信道)。在第二个中，如虚线所示，使用一个指示信号来通知MS110监视哪个控制信道，从而每个MS110都可有效地监视所有四个信道。在第三个中，如点划线所示，对上述第三例子使用混洗(shuffling)控制信道分配。
结果清楚地表示，第一方案在最坏情况下会导致显著的性能恶化，而第二和第三方案具有较好的性能。虽然使用指示信号可提供最佳结果，但在如上所述的显著简化系统实施的情况下，使用混洗(shuffling)控制分配方案的结果也并未明显恶化。
在本发明的实施例中，对上述方案的各种修改都是可能的。BS100可以和每个MS110的混洗模式一致。然后若MS110对当前TTI的控制信道进行了正确解码，则它解码下一个TTI中相同控制信道的原理(HSDPA中当前使用的)应当被解释为，在下一个TTI中，MS110解码通过被分配的混洗模式(它可能与当前TTI的混洗模式相同或不相同)而指示的控制信道。
控制信道分配循环的持续时间可以不是一个帧，而可以是任何适当的时间长度。混洗序列的定时基准可以是一个共用的下行链路信道，例如同步信道。
可以修正协议，从而若MS110检测到控制信道传输但CRC错误，则MS110发送一个NACK(负面确认)，该NACK可以不同于当数据分组的CRC错误时所发送的信号。这将减少对控制信道传输的功率要求，因为可以容许较高的误码率。这将给BS100带来一些选择控制信道功率时的灵活性，但可能会对数据分组的再次传输限制使用非自解码的冗余度模型(其中不能单独从再次传输中导出原始数据)。
对控制信道的传输可以以每N个TTI中限制一个(至少对一组的第一个数据分组)的方式在时间上进行限制。这样，由于不必连续地解码控制信道，可允许MS110节省一些功率。第一个分配的TTI可以是MS专用参数。当数据传输开始时(例如，当BS100已对数据分组序列中的第一数据分组接收到ACK(确认)时)，可以解除该限制。这个事件可设定定时器。当定时器持续时间终止时，可返回来使用每个第N的TTI。也可以使用除了每N个TTI中的一个TTI之外的其他序列。
有一种解决调度问题的其他方法，其中同时需要对多于一个的MS110发送数据，但它们都被分配了相同的控制信道。修改控制信道的格式，使其包含一个指令，指令指示对MS110提供不同的物理层消息。在UMTS实施例中，这最好是作为一个信息的选项(而不是附加项)，该信息的格式是将数据分组在下行链路数据信道上发送的格式。该指令可以是单个位标志。在该情况中的物理层消息将是一个指令，用于改变MS110应当监视的在一个预定集合中的一个或多个控制信道。在UMTS实施例中，可以使用现有的ACK/NACK信号发送(当前涉及关于下行链路数据信道的数据)，来指示MS110当前是否接收到物理层消息。为此目的可以在ACK/NACK段中使用不同的码字。可以使用某些现有的控制信道结构(例如识别希望接收的数据段，或用于错误检测的CRC)。可以以相同方式传送其他的物理层消息，作为使用控制信道来描述数据信道上的数据分组格式的选项)。这可能需要消息类型的多比特的指示/标志。最好不论消息内容如何，基本上对控制信道都使用相同的格式。
另一个变形是对控制信道附加一个数据段，从而改变控制信道分配的消息可以作为数据分组被同时发送。这样避免了下行链路中数据传输能力的损失。这种消息可以指示，从一个未来TTI开始，应改变控制信道。这种情况下需要限制所需消息的大小(例如限制到一个或两个比特)。从而该变化可以是可用信道的一个小集合中的一个新信道，或是规定序列中的下一个新信道。
上面说明了BS100，它执行本发明的各种功能。实际上这些任务可以是固定基础设备的不同部分的职责，例如在“节点B”，固定基础设备中直接连接MS110的部分，或是射频网络控制器(RNC)中的较高级别。在本说明书中，术语“基站”或“主站”的使用应当被理解为包括本发明实施例中涉及的网络固定基础设备的部分。
除了上述的FDD(频分复用)系统中的应用，本发明还可应用于其他类型的通信系统。例如，可以用于时分复用(TDD)系统，该变化例中可以通过使用不同的时隙或其他规定的时间间隔来识别使用的物理信道。